L’interférométrie quantique en lumière blanche, une première publiée dans “Nature - Light: Science & Applications”

Grâce à l’exploitation de paires de photons intriqués, des chercheurs ont introduit le concept d’interférométrie quantique en lumière blanche et l’appliquent à la caractérisation ultra précise de propriétés optiques des matériaux.


09/04/2018
Publication : 09/04/2018
Partager cet article :

La détection de la phase optique représente l’une des mesures les plus avancées en métrologie classique. Elle a permis, notamment, la détection directe des ondes gravitationnelles. La précision maximale pour la mesure d’une phase relative φ est donnée par la limite quantique standard, δφ∼ 1/ √N, où N représente le nombre de photons utilisés pour la mesure. Du point de vue fondamental, cette limite peut être dépassée en utilisant de la lumière quantique, par exemple un état dit « N00N ». Si l'on considère un interféromètre, l'état N00N signifie qu'il y a N photons dans le bras 1, et aucun dans le bras 2, et en même temps aucun photon dans le bras 1 et N photons dans le bras 2. Les deux états N0 et 0N se superposent de manière cohérente, d’où la dénomination de « lumière quantique ». Il est possible de faire interférer ces deux contributions, dans ce cas, on peut montrer par le calcul que la sensibilité au changement de phase est multipliée par N, et la précision sur une mesure de phase peut atteindre la limite de Heisenberg, δφ∼ 1/N.

En appliquant cette interférométrie à la mesure de la dispersion chromatique (dépendance des temps de propagation des diverses composantes spectrales d’une impulsion optique) d’une fibre optique, les chercheurs d’INPHYNI ont obtenu une précision de ±0.021 ps/nm·km, c’est-à-dire 2,4 fois meilleure que la mesure standard (±0,054 ps/nm·km) effectuée en parallèle, selon la même démarche scientifique et en utilisant 60 fois moins de photons en moyenne par rapport aux meilleures réalisations classiques.

Du fait de ces nombreux avantages (haute précision, vitesse de mesure accrue), l'exploitation de paires de photons intriqués devraient avoir des répercussions importantes dans la caractérisation systématique et en temps réel des propriétés optiques de nombreux matériaux.

Cet article a fait l’objet d’une Actualité par l’Institut de Physique (INP) du CNRS.

Ce travail fait partie du programme QUANTUM@UCA soutenu par UCA-JEDI.

Référence :
Florian Kaiser Panagiotis Vergyris, Djeylan Aktas, Charles Babin, Laurent Labonté, and Sébastien Tanzilli, “Quantum enhancement of accuracy and precision in optical interferometry", Light: Science & Applications, 7, 17163(2018)
doi:10.1038/lsa.2017.163

Contact : Sébastien Tanzilli, sebastien.tanzilli@inphyni.cnrs.fr